Дипломска теза РАЗВОЈ НА ГЕНЕРАТИВЕН ПРОЦЕС И НОВИ ПОЛИМЕРСКИ СОСТАВИ ЗА
Дипломска теза РАЗВОЈ НА ГЕНЕРАТИВЕН ПРОЦЕС И НОВИ ПОЛИМЕРСКИ СОСТАВИ ЗА ПЕРСОНАЛИЗИРАНИ СКАЛНИ И ЛИЧНИ ЛИЦЕ експериментална невротравматологија под водство на надзорникот Унив.-Проф. во д-р. во rer.nat Ute Schäfer Graz на 22.05.2016 година
Со ова, на моја чест изјавувам дека ја напишав сегашната работа самостојно и без надворешна помош, дека не сум користел други извори освен дадените и дека сум ги обележал пасусите земени буквално или во однос на содржината како таква. Грац на 22-ри мај 2016 година Алоис Антон Данок е. Јас
Благодарност Во овој момент, би сакал да изразам голема благодарност до сите луѓе кои ме поддржаа во подготовката на оваа теза. Мојата посебна благодарност упатувам на г-ѓа Унив.-Проф. во д-р. во рер. нат Уте Шофер и Унив. - асс. Д-р. медицински Горд фон Кампе за можноста и довербата да може да учествува во проектот. Исто така, би сакал да му се заблагодарам на г-дин Муамер Екал за воведувањето во оваа тема, за целата помош и пријатната соработка. Мојата заслуга е на г-ѓа Маџ А. (FH) Улрике Зеферер за нејзината организациска поддршка. Голема благодарност до мојот партнер и сите пријатели кои доброволно го дадоа своето драгоцено време да ме поддржат на различни начини. Пред сè, би сакал да им се заблагодарам на моите родители и браќа и сестри за нивната постојана поддршка. ii
Содржина ДИРЕКТОРИ. VII СПИСОК НА СЛИКИ. VII СПИСОК НА ТАБЕЛИ. VII СПИСОК НА КРАТКИ. VIII ГЛАВЕН ДЕЛ. 1 1 ВОВЕД. 2 1.1 РАЗВОЈ. 2 1.2 3Д печатење. 4 1.3 ПЛАСТИКИ. 6 1.4 ПОСТАВУВАЕ НА ПРОБЛЕМОТ. 7 2 МАТЕРИЈАЛ И МЕТОДИ. 9 2.1 СТУДИСКИ ДИЗАЈН. 9 2.2 РАЗВОЈ НА ПРОЦЕСОТ. 10 2.2.1 Евалуација на имплантантот. 11 2.3 TИВОТНИ ТЕСТИ. 12 2.4 Потрошувачки материјали. 13 2.5 ПОСТАВУВАЕ ИСКУСТВО. 14 2.5.1 Хируршки методи. 14 2.5.1.1 Краниотомија. 16 2.5.1.2 Реимплантација. 17 2.5.1.3 Самоимплантација. 18 2.5.2 Контролни групи. 19 2.5.2.1 Здрава контрола. 19 2.5.2.2 Контрола на лепак. 19 2.5.2.3 Контрола на анестезија. 19 2.5.3 Пост-интервентна нега. 20 2.5.4 Сликање. 21 2.6 ДИГИТИЗИРАЕ И МОДЕЛНА КРЕАЦИЈА. 21 2.6.1 3D модел на коска. 21 2.6.2 Моделирање на решетката. 22 2.7 ПРОИЗВОДСТВО НА ИМПЛАНТА. 26 2.7.1 3Д печатење. 26 п.н.е.
2.7.2 Подготовка на импланти. 26 2.8 СОБИРАЕ И АНАЛИЗА НА ПОДАТОЦИ. 27 2.8.1 Евтаназија и отстранување на органи. 27 2.8.2 Микротомија и имунохистохемиско боење. 27 2.8.3 Оперативен протокол. 28 2.8.4 Квантитативна проценка. 28 3 РЕЗУЛТАТИ. 29 3.1 Дигитализација и дизајн на импланти. 29 3.1.1 Создавање модел. 29 3.1.1.1 Снимка во една фаза. 30 3.1.1.2 Сликање во две фази. 32 3.1.2 Методи на моделирање. 34 3.1.2.1 Метод 1: Огледало. 34 3.1.2.2 Метод 2: кафез. 35 3.1.2.3 Метод 3: Пред/пост. 35 3.1.2.4 Завршување на методите. 36 3.1.3 Избор на метод. 38 3.1.3.1 Времетраење. 38 3.1.3.2 Разлики. 39 3.1.4 Евалуација на имплантантот. 39 3.1.5 Конечен дизајн на импланти. 40 3.1.5.1 Времетраење. 41 3.1.5.2 Барања за простор за складирање. 41 3.2 ПОСТАПКА ЗА ИСПИТУВАЕ. 43 3.2.1 Контролна група. 43 3.2.2 Тек на операцијата. 43 3.3 КЛИНИЧКИ РАЗВОЈ. 45 3.3.1 Пет дена следење. 46 3.3.2 Две недели следење. 47 4 ДИСКУСИЈА. 48 СПИСОК ЗА ЛИТЕРАТУРА. 55 vi
Списоци Список на слики СЛИКА 1.1 МОДЕЛИРАЕ НА СПОРЕДЕН ДЕПОЗИЦИЈА. 5 Слика 2.1 - РАБОТНИ ИНТЕРВЕНЦИИ. 16 СЛИКА 2.2 - МОДЕЛ НА КОСКИ. 22 СЛИКА 2.3 УСЛОВУВАЕ НА МОДЕЛОТ НА КОСКИ. 23 СЛИКА 2.4 ДЕЗАЈН ИМПЛАНТ ВО ЧЕКОР-СО ЧЕКОР. 25 Слика 3.1 - КРЕАЦИЈА НА МОДЕЛОТ НА КОСКИ. 30 Слика 3.2 ПРОЦЕС НА СЕГМЕНТАЦИЈА. 31 Слика 3.3 - споредба на вредностите на твојот пазар. 32 СЛИКА 3.4 МЕТОД 1: ОГЛЕДАЛО. 34 Слика 3.5 - Метод 2: кафез. 35 СЛИКА 3.6 - МЕТОД 3: ПРЕД/ПОСТ. 36 Слика 3.7 ИМПЛАНТЕН ИЗ. 36 Слика 3.8 - споредба на моделирање на методи. Слика 3.9 - ВРЕМЕТРАЕЕ НА ПРЕВОДОТ. 38 Слика 3.9 ОЦЕНКА ЗА ИМПЛАНТИ. 40 СЛИКА 3.11 - БОКСПЛОТ: ОПИС НА ДИЗАЈНОТ ДИРАURЕ. 41 СЛИКА 3.12 ЕКСТРАЦИЈА НА СОДРИНАТА ИНФОРМАЦИИ. 42 СЛИКА 3.13 - ПОСОБНИ. 44 Слика 3.14 - МЕРЕА НА ТЕЛОТО ПРЕД И ПО ИНТЕРВЕНЦИЈАТА. 45 Список на табели ТАБЕЛА 2.1 СПИСОК НА ХИРУРШКИ МАТЕРИЈАЛИ. 13 ТАБЕЛА 3.1 КРЕАЦИЈА НА МОДЕЛИ НА КОСКИ ПРЕД/ПОСТАВЕНИ ВО 3Д ПОВЕЕ. 33 ТАБЕЛА 3.2 - СПОРЕДБА НА МОДЕЛИРАЕ НА МЕТОДИ 39 ТАБЕЛА 4.1 - ФРЕКВЕНЦИЈА НА БИФРОНТАЛНИ/ЛАТЕРАЛНИ КАНИОТОМИИ. 52 vii
Список на кратенки AAN. Раствор на Anexate, Antisedan, NaCl (0,9%) AC. контрола на анестезија АМ. производство на адитиви Б или . или C CAD. Дизајн CAM со помош на компјутер. Производство со помош на компјутер CH2O. Формалдехид CH3OH. Метанол cmh2o. Центиметарска колона за вода ЦПУ. компјутерски нумерички контролен процесор. Централна единица за обработка на КТ. Компјутеризирана томографија D DICOM. Дигитално сликање и комуникација во медицината F FDM. моделирање на споено таложење G GC. графички процесор за лепило. Единица за обработка на графика H H2O2. Водород пероксид ХА. Хидроксиапатит HC. здрава контрола K kgkg. Килограм телесна тежина kv. Киловолтс М. Милиампс МБ. Мега бајт ммхг. Милиметри жива N NaCl. Натриум хлорид NRRD. Скоро сурови растерски податоци P PBS. солен раствор на фосфат PEEK. Политеретеркетон PMMA. Полиметил метакрилат полиарил. Полиарлетеркетон ПП. Полипропилен PSI. имплантација специфична за пациентот R RAM. Меморија за случаен пристап S SI. самоимплантирана SLA. стереолитографија (апарат) SLS. селективно ласерско синтерување STL. Стереолитографија Т ТР. RPM на опсег на праг. Револуции во минута УВ. Ултравиолетово V cf. спореди VRML. Јазик за моделирање на виртуелна реалност L LASER. засилување на светлината со стимулирана емисија на зрачење viii
Процесот на селективно синтерување со ЛАСЕР (SLS) користи сличен пристап. Зацврстувањето се одвива преку насочено спојување на пластика, керамика или метален прав од високо-енергетски ЛАСЕР. Во стереолитографијата (СЛА), од друга страна, фотоактивните синтетички смоли се стимулираат да се полимеризираат со употреба на УВ ЛАЗЕР. Друг метод е моделирање на споено таложење (FDM) .Со овој метод на производство, растопливите пластики се течат преку загреана млазница и потоа се депонираат на посакуваното место. Откако ќе се олади и стврдне соодветното ниво, овој процес се повторува слој по слој, со што се гради објектот. Овој метод овозможува употреба на разни пластични материи. Слика 1.1 покажува шематски приказ на споменатиот процес. Слика 1.1 Моделирање на фузирано таложење: Шематски приказ на производството на импланти; Рендерирање од Blender v2.75a; П: сопствена илустрација заснована на [27] 5
Предизвик, сепак, е да се користи постојниот модел на коска за да се заклучи отстранетото парче коска, а со тоа и формата на имплантантот. На крајот мора да се развијат неопходните механизми и алгоритми за откривање. Барањата за оваа постапка вклучуваат најбрза можна конверзија на податоците, како и висок степен на точност на соодветност, со цел да се овозможи постапка во еден чекор без дополнителни измени. Овој чекор беше извршен рачно за овој проект. Проверката на точноста на вклопувањето и применливоста на синџирот на процеси конечно се спроведува со развој и имплементација на животински модел. Друг фокус е анализата на можните клинички ефекти како резултат на интервенциите. Целиот проект е посветен и на прашањето за потенцијални материјални промени во текот на производствениот процес. За таа цел, се испитуваат механичките и физичките својства на FDM имплантите. Понатаму, се спроведува имунохистохемиска анализа на менингите и кортексот за потенцијални воспалителни реакции. Анализата и описот на ова не е предмет на ова дело. 8-ми
2.3 Тест животни Тестот е извршен врз машки стаорци Спраге Доули (река Чарлс, Боас де Онцинс) на возраст меѓу десет и 49 недели. На почетокот на истрагата, просечната телесна маса била 510 (SD: ± 43) g. Theивотните беа идентификувани со кодирано удирање на ушите, како и со континуирано нумерирање со постојан маркер при преминот на трупот-опашката. Стаорците беа чувани во малата животинска штала на одделот за биомедицински истражувања без некои посебни мерки за карантин под стерилни услови. Температурата во просторијата беше 20 ± 4 Целзиусови со релативна влажност од 30-70%. Ден-ноќен ритам беше регулиран со вештачко осветлување со автоматски тајмер на секои 12 часа. Водата и стандардната пелета чао добија рекламирање libitum. Theивотните се чуваа во групи од максимум три животни во кафеани Еуростандард Тип IV (1354G, Текнипласт, Бугагиат) на постелнина слој од струготини и дрвена волна постелнина. Доколку е потребно, стаорците биле репозиционирани во интервали од две до три недели. Проверка од персоналот за згрижување животни се одвиваше неколку пати на ден. 12-ти
2.5.1.1 Краниотомија Оперативната област беше ослободена од крзно со електричен брич додека ги заштитуваше вибрисите, а потоа се дезинфицираше со брис со изопропанол. Последователно, черепот беше порамнет и фиксиран во стереотактичката рамка. Слика 2.1 - оперативни интервенции: рендери од Blender v2.75a, поглед од странично-заден до предниот; А) шематска проекција на засек на кожата Б1) кранијаотомија во форма на шлиц Б2) отстранување на коскени размавта Ц1) контрола на лепило Ц2) самоимплантација Ц3) импланти испечатени од FDM; П.: Сопствена илустрација Засек на кожата во форма на буквата У долг околу 15 мм, преминувајќи ја средната линија, е направен без оштетување на фасцијата на темпоралниот мускул (види слика 2.1 А). Периостеумот во голема мерка беше повлечен и беше откриен основниот кранијал. 16
Излезната вредност се зголеми. Како алгоритам за земање примероци беше користен методот на линеарна интерполација [38]. Добиените NRRD-датотеки беа привремено зачувани за понатамошна обработка. Слика 2.2 - Модел на коска: креирање на модел заснован на одредување на вредноста на прагот, поглед одозгора: антеро-латерален кон заден; Снимка на екранот од 3D Slicer v4.4.0 Користејќи ја функцијата Crop Volume, целниот волумен беше ограничен на просторот помеѓу повеќето странични екстензии на ламбда шиење и коронална шиење и окципитално и рострално и истакнатите кристали на темпоралната коска странично. Сегментацијата беше извршена со користење на одредување на прагната вредност во модулот за уредник. Големата разлика во густината помеѓу коските и меките ткива овозможи прецизна диференцијација [20]. Долниот праг беше 47% од максималната вредност што ја дефинираше горната граница. Користејќи го мазниот модел на полето за избор, креиран е модел на мазна коска врз основа на картата за етикета и се извезува како датотека STL. На слика 2.2 е прикажан готовиот модел на коска. 2.6.2 Моделирање на решетката Понатамошното обработување и моделирање беше спроведено со софтвер со 3Д компјутерска графика со отворен извор (Blender v2.75a, Blender Foundation, Amsterdam). 22-ри
Слика 2.4 Чекор-по-чекор дизајн на имплантација, поглед од антеро-инфериорен, скриншот од Blender v2.75a А) Екструзија на основното тело Б) Претставување на работ на имплантот по одземање со коскениот модел В) Напредок по употреба на алатките за моделирање Г) Завршен имплант по зацрвстувањето на површината; П: сопствена претстава Во режимот Скулптор, рабовите и подножјето беа дополнително адаптирани. Огледалото по X-оската е деактивирано за оваа намена. Четката F Scrape/Peak е избрана со користење на функцијата Овозможи динтопо. Големината на четката е поставена на 50 px, без оглед на факторот на зумирање. Вредноста на јачината беше 0,3. Параметарот за автоматско засилување беше прилагоден на 1 процент (0,01 [бездимензионален]) од можната максимална вредност. Неправилностите беа отстранети со ефект на гребење и постигнато намалување на обемот, земајќи ја предвид примарната контура (види слика 2.4-C). За да се избегнат остри агли, основната основа беше заокружена со употреба на гореспоменатата функција. За да не се примени непотребно, се изврши одземање со ниво што е можно поблиску до черепот. 25-ти
3 Резултати 3.1 Дигитализација и дизајн на импланти 3.1.1 Создавање модел Две различни процеси беа дизајнирани и евалуирани за креирање на моделот на коските. Првиот метод го опишува процесот врз основа на еднократна постапка за сликање. Креирањето на моделот на коски врз основа на двостепено снимање, исто така, ја користи функцијата за регистрација со цел да одговара на сликите пред и пост-оперативната. Клучните фигури за креирање на моделите се прикажани подолу. Дадените времиња се однесуваат на времетраењето на пресметките при креирање на модел креиран за илустративни цели. За да се развие методот, направени се пре-и постоперативни КТ-слики на две стаорци (види точка 2.2.1.). 29
Процесот на пресметка за препрочитување на податоците со двојни параметри за проред на слика и метод на линеарна интерполација траеше 352 секунди. Функцијата за намалување на волуменот траеше 67 секунди. Генерално, намалувањето на големината на податоците бараше времетраење од 6 минути и 59 секунди. Пресметката на моделот на коските е извршена во три чекори. Сегментацијата на коската е извршена со помош на филтер за сива скала (види слика 3.2). Дипломирањето е директно пропорционално на вредноста на апсорпција на Х-зраци. Слика 3.2 Процес на сегментација: селективно претставување на коскените структури; Снимки на екранот од 3D-Slicer v4.4 А) природни КТ-слики Б) преклопена мапа за етикети (окер); П: сопствена презентација Во серија тестови извршени независно, пониската гранична вредност од 47% од максималната вредност се покажа како најдобар компромис помеѓу богатството на детали и презентацијата на артефактите. Како вредност на горниот праг беше земена максималната вредност. На слика 3.3 е прикажана различната точност на мапирање за соодветните вредности на прагот (TR). 31
Слика 3.6 - Метод 3: Пред/пост, антеро-латерален приказ, рендери од Blender v2.75a; П: сопствена илустрација 3.1.2.4 Завршување на методите Сите алвеоли кои беа отворени во текот на краниотомијата останаа по одземањето како тесно-базирани екстензии на работ на имплантот (види слика 3.7). Слика 3.7 Маргини на импланти: тесно-базирани екстензии откако ќе се изврши процесот на одземање; Снимка на екранот од Blender v2.75a Поради резултат на зголемување на големината, се претпоставува дека е можно вградување во дефектот дека не е изводливо. Како резултат, тркачите беа отстранети. Конечниот процес на адаптација на маргините на импланти, како што е опишано во точка 2.6.2, беше извршен на ист начин за сите три методи и траеше 10 минути. Конечната форма на различно произведените модели на импланти е прикажана на слика 3.8. 36
Слика 3.8 - Споредба на методите за моделирање, прикази од Blender v2.75a, поглед одозгора: антеро-латерален кон заден (секое лево), поглед одоздола: антеро-медијален до заден (секое десно); A1 & B1) Метод 1: Огледало A2 & B2) Метод 2: Кафез A3 & B3) Метод 3: Пред/пост; П: сопствена илустрација 37